JP3557033B2 - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は絶縁性基板を用いた半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直接遷移型のバンド構造を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）は、青色あるいは紫色の光を発する発光ダイオード、半導体レーザ装置等の半導体発光素子の材料として有望である。しかしながら、ＧａＮからなる基板が存在しないため、ＧａＮ系半導体発光素子を作製する際には、サファイヤ（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁性基板上に各層をエピタキシャル成長させている。
【０００３】
図３１は従来のＧａＮ系発光ダイオードの構造を示す断面図である。図３１の発光ダイオードは日経マイクロデバイス１９９４年２月号の第９２頁〜第９３頁に開示されている。
【０００４】
図３１において、サファイヤ（Ａｌ2Ｏ3）基板３１上に、ＧａＮバッファ層３２、ｎ−ＧａＮ層３３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４、ＩｎＧａＮ発光層３５、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３６およびｐ−ＧａＮ層３７が順に形成されている。ｎ−ＧａＮ層３３の上部領域およびｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４からｐ−ＧａＮ層３７までの幅は、サファイヤ基板３１からｎ−ＧａＮ層３３の下部領域までの幅よりも狭く形成されている。ｐ−ＧａＮ層３７の上面にｐ側電極３８が形成され、ｎ−ＧａＮ層３３の上面にｎ側電極３９が形成されている。このような発光ダイオードの構造はラテラル構造と呼ばれている。
【０００５】
図３１の発光ダイオードは、ＩｎＧａＮ発光層３５をｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３６で挟んだダブルヘテロ構造のｐｎ接合を有し、青色の光を効率よく発生することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３１の従来の発光ダイオードでは、ｎ−ＧａＮ層３３上にｎ側電極３９を設けるために、ｎ−ＧａＮ層３３よりも上の層の面積をサファイヤ基板３１の面積に比べて小さくする必要がある。それにより、ＩｎＧａＮ発光層３５の面積が小さくなるので、発光面積が小さく、輝度が低くなる。また、ｐ−ＧａＮ層３７からｎ−ＧａＮ層３３の上部領域までを精度良くエッチングする工程が必要となり、かつｎ側電極３９が形成されるｎ−ＧａＮ層３３の膜厚を均一にすることが難しいので、製造工程が複雑となり、歩留りが低くなる。
【０００７】
さらに、図３１の発光ダイオードを用いたＬＥＤ（発光ダイオード）ランプの組み立て時に、以下に示すような問題が生じる。
図３２に図３１の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの構造を示す。図３２のＬＥＤランプの組み立て時には、図３１の発光ダイオードチップ３０のサファイヤ基板３１裏面を負極端子４１に接着し、ｐ側電極３８をＡｕワイヤ４３で正極端子４２に接続するとともに、ｎ側電極３９をＡｕワイヤ４４で負極端子４１に接続する。さらに、発光ダイオードチップ３０、負極端子４１および正極端子４２を樹脂レンズ４５で封入する。
【０００８】
一方、従来より、ＧａＰ系発光ダイオード、ＧａＡｌＡｓ発光ダイオード等の導電性基板を有する発光ダイオードがＬＥＤランプに用いられている。図３３に導電性基板を有する発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの構造を示す。
【０００９】
図３３のＬＥＤランプの組み立て時には、発光ダイオードチップ５０の導電性基板５１裏面に設けられたｎ側電極５２をハンダ５３で負極端子４１に接着するとともに、チップ５０の上面に設けられたｐ側電極５４をＡｕワイヤ５５で正極端子４２に接続する。さらに、発光ダイオードチップ５０、負極端子４１および正極端子４２を樹脂レンズ４５で封入する。
【００１０】
上記のように、図３３に示すＬＥＤランプの組み立てでは、ワイヤボンディングの工程が１回であるのに対して、図３２に示すＬＥＤランプの組み立て工程においてはワイヤボンディングの工程が２回必要となる。
【００１１】
このため、図３２に示すＬＥＤランプの組み立て時には、ワイヤボンディングの工数の増加により組み立て時間および組み立てコストが増加するという問題が生じる。また、図３２のＬＥＤランプを組み立て時には、ボンディング回数が２回となることにより、ワイヤボンディングによりチップに加えられる圧力が、図３３に示すＬＥＤランプの組み立て時に比べて２倍となり、ＬＥＤランプの信頼性が低下し、さらには歩留りが低下する。さらに、導電性基板を有する発光ダイオードとＬＥＤランプの組み立て工程を共通化することができず、図３３のＬＥＤランプの組み立てで使用していた既存の設備を用いることができない。
【００１２】
一方、発光面積を大きくするために図３４に示すＧａＮ系発光ダイオードが提案されている。図３４（ａ）に示すように、サファイヤ基板６１上にＡｌＮバッファ層６２およびｎ-−ＧａＮ層６３を順に形成し、ｎ-−ＧａＮ層上の所定の位置にＳｉＯ2マスク６４を形成する。次に、図３４（ｂ）に示すように、ｎ-−ＧａＮ層６３上に、アクセプタとなるＭｇをドープしたｎ−ＧａＮ層６５および発光センタとなるＺｎを含むｉ−ＧａＮ発光層６６を成長させた後、ＳｉＯ2マスク６４を除去する。それにより、孔６７が形成される。その後、図３４（ｃ）に示すように、ＧａＮ発光層６６の上面に正電極６８を形成し、孔６７内に負電極６９を形成する。
【００１３】
図３５に図３４の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの構造を示す。図３５のＬＥＤランプの組み立て時には、正極端子４２および負極端子４１にハンダ７０，７１を用いて発光ダイオードチップ６０の電極６８，６９をそれぞれ接着する。さらに、発光ダイオードチップ６０、正極端子４２および負極端子４１を樹脂レンズ４５で封入する。
【００１４】
このように、図３４の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの組み立て時には、発光ダイオードチップ６０の上面を下にして電極６８，６９をそれぞれ正極端子４２および負極端子４１上に位置決めし、ハンダ７０，７１で接着する工程が必要になる。このような電極６８，６９の位置決めおよびハンダ７０，７１での接着の工程は容易ではなく、組み立てコストが上昇するとともに、ＬＥＤランプの信頼性および歩留りが低下する。また、図３３に示した従来の組み立て工程で用いていた既存の設備を使用することができない。
【００１５】
それゆえに、本発明の目的は、発光面積が大きく、かつランプの組み立て工程を導電性基板を有する半導体発光素子と共通化することができる絶縁性基板を用いた半導体発光素子を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、発光面積が大きく、歩留りおよび信頼性が高く、かつランプの組み立て工程を導電性基板を有する半導体発光素子と共通化することができる絶縁性基板を用いた半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、発光面幅が大きく、製造工程数の増加が少なく、かつランプの組み立て工程を導電性基板を有する半導体発光素子と共通化することができる絶縁性基板を用いた半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る半導体発光素子は、絶縁性基板上にｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層を順に成長させたダブルヘテロ構造を含む複数の層が積層されてなる半導体発光素子において、複数の層のうち最上層の上面に第１の電極を形成するとともに、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡って第２の電極を形成し、絶縁性基板の裏面に溝を形成するとともに、絶縁性基板の裏面および溝の内面に第２の電極と電気的に接続された第３の電極を形成したものである。
【００１９】
なお、最上層は第１導電型であり、所定の層は第１導電型と逆の第２導電型である。
第２の発明に係る半導体発光素子は、絶縁性基板上にｎ型クラッド層、少なくともガリウムおよび窒素からなる発光層、ｐ型クラッド層を順に成長させたダブルヘテロ構造を含む複数の層を積層してなる半導体発光素子において、複数の層のうち最上層の上面に第１の電極を形成するとともに、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡って第２の電極を形成し、絶縁性基板の裏面に溝を形成するとともに、絶縁性基板の裏面および溝の内面に第２の電極と電気的に接続された第３の電極を形成したものである。
【００２０】
第３の発明に係る半導体発光素子は、絶縁性基板上に複数の層が積層されてなる半導体発光素子において、複数の層のうち最上層の上面に形成された第１の電極と、複数の層の側面のうち最上層側から所定の層の上端または一部分に渡る領域に連なって形成された絶縁膜と、複数の層の側面のうち所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡って形成された第２の電極とを備えたものである。
【００２１】
なお、第２の電極は、絶縁膜上から所定の層の側面および絶縁性基板の側面に渡って形成されてもよい。
【００２２】
第４の発明に係る半導体発光素子の製造方法は、絶縁性基板上にｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層を順に成長させたダブルヘテロ構造を含む複数の層が積層されてなる半導体発光素子の製造方法において、絶縁性基板上に複数の層を形成した後、複数の層および絶縁性基板に複数の溝を形成し、複数の層のうち最上層の上面に第１の電極を形成するとともに、複数の溝内の絶縁性基板の側面から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面に渡って第２の電極を形成し、絶縁性基板を複数の溝に沿って複数のチップに分割するものである。
【００２３】
第５の発明に係る半導体発光素子の製造方法は、絶縁性基板上にｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層を順に成長させたダブルヘテロ構造を含む複数の層が積層されてなる半導体発光素子の製造方法において、絶縁性基板に複数の溝を形成した後または複数の層のうち一部の層が形成された絶縁性基板に複数の溝を形成した後、絶縁性基板上の複数の溝を除く領域に複数の層を形成しまたは複数の層のうち残りの層を形成し、複数の層のうち最上層の上面に第１の電極を形成するとともに、複数の溝内の絶縁性基板の側面から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面に渡って第２の電極を形成し、絶縁性基板を複数の溝に沿って複数のチップに分割するものである。
【００２４】
第６の発明に係る半導体発光素子の製造方法は、絶縁性基板上に複数の層が積層されてなる半導体発光素子の製造方法において、絶縁性基板上に複数の層を形成した後、複数の層のうち最上層から所定の層に至る深さを有する複数の溝を形成し、複数の溝の内面に絶縁膜を形成するとともに、最上層の上面に第１の電極を形成し、絶縁性基板を複数の溝に沿って複数の棒状部分に分割し、各棒状部分の少なくとも一方の側面に第２の電極を形成し、各棒状部分を複数のチップに分割するものである。
【００２５】
第７の発明に係る半導体発光素子の製造方法は、第４、第５または第６の発明に係る半導体発光素子の製造方法において、絶縁性基板上に複数の層を形成する前または絶縁性基板上に複数の層を形成した後に、絶縁性基板の裏面に複数の溝を形成し、絶縁性基板の裏面および複数の溝の内面に第３の電極を形成するものである。
【００２６】
第１〜第３の発明に係る半導体発光素子においては、最上層の上面に第１の電極が形成され、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面に第２の電極が形成されているので、発光面積を大きくすることができ、輝度を向上させることができる。
【００２７】
また、ランプの組み立ての際には、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層および絶縁性基板の側面に設けられた第２の電極をランプの一方の端子に導電性材料で接着するとともに、最上層の上面に設けられた第１の電極をランプの他方の端子にワイヤボンディングにより接続することができる。
【００２８】
このように、ワイヤボンディング工程が１回しか必要ないので、組み立て時間および組み立てコストが低減されるとともに、ランプの歩留りおよび信頼性が向上する。また、導電性基板を有する半導体発光素子とランプの組み立て工程を共通化することができるので、既存の設備を使用することができる。
【００２９】
特に、第３の発明に係る半導体発光素子においては、複数の層の側面のうち最上層側から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の上端または一部分に渡る領域に連なって絶縁膜が形成されているので、第２の電極が絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層に接触することが確実に防止される。したがって、第２の電極から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層へ電流のリークが生じない。
【００３０】
また、第１および第２の発明に係る半導体発光素子においては、絶縁性基板の裏面に第２の電極と電気的に接続された第３の電極が形成されているので、絶縁性基板の裏面を導電性材料でランプの端子に接着した際に、側面に設けられた第２の電極が裏面に設けられた第３の電極を通してランプの端子に電気的に接続される。したがって、第２の電極とランプの端子との接続不良が回避され、ランプの歩留りおよび信頼性が向上する。
【００３１】
また、第１および第２の発明に係る半導体発光素子においては、絶縁性基板の裏面に設けられた溝の内面にも第３の電極が形成されているので、第２の電極と第３の電極との電気的接続が確実に行われる。
【００３２】
第４および第５の発明に係る半導体発光素子の製造方法においては、絶縁性基板上に複数の層を形成する前あるいは絶縁性基板上に複数の層を形成した後に、複数の層および絶縁性基板に複数の溝を形成し、最上層の上面に第１の電極を形成するとともに複数の溝内の絶縁性基板の側面から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面に渡って第２の電極を形成する。絶縁性基板上に複数の層を形成した後に複数の層および絶縁性基板に複数の溝を設ける場合には、製造工程数の増加が少なくなり、製造コストが低減される。一方、絶縁性基板上に複数の層を形成する前に絶縁性基板に複数の溝を設ける場合または一部の層が形成された絶縁性基板に複数の溝を設ける場合には、複数の層を精度良くエッチングする必要がないので、製造工程が複雑化せず、歩留りおよび信頼性が向上し、製造コストも低減される。
【００３３】
第６の発明に係る半導体発光素子の製造方法においては、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡る領域を除いて複数の層の側面に絶縁膜を形成することによって、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡る領域に第２の電極を形成した際に、第２の電極が絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層に接触することが確実に防止される。したがって、第２の電極から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層への電流のリークが生じない。また、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡る領域に第２の電極を形成するために絶縁性基板に所定の深さの溝を設ける必要がないので、製造が容易であり、かつ絶縁性基板の割れが生じない。したがって、歩留りおよび信頼性が向上し、製造コストも低減される。
【００３４】
第７の発明に係る半導体発光素子の製造方法においては、絶縁性基板の裏面に複数の溝を形成し、絶縁性基板の裏面および複数の溝の内面に第３の電極を形成することにより、絶縁性基板の裏面を導電性材料でランプの端子に接着した際に、側面に設けられた第２の電極が裏面に設けられた第３の電極を通してランプの端子に電気的に接続される。したがって、第２の電極とランプの端子との接続不良が回避され、ランプの歩留りおよび信頼性が向上する。
【００３５】
上記の第１〜第７の発明に係る半導体発光素子が六方体等の多角体である場合には、第２の電極は少なくとも１つの側面に形成する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は本発明の第１の参考例によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を示す工程断面図である。また、図６（ａ），（ｂ）は第１の参考例の発光ダイオードのそれぞれ断面図および平面図である。
【００３７】
まず、図１〜図５を参照しながら第１の参考例の発光ダイオードの製造方法を説明する。図１に示すように、厚さ３００〜５００μｍのサファイヤ（α−Ａｌ2Ｏ3）基板１の例えば（０００１）面上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）により、バッファ層２、ｎ−ＧａＮ層３、ｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７を連続成長させ、ダブルヘテロ構造を形成する。各層の成膜条件を表１に示す。成長時の圧力は大気圧とし、キャリアガスとしてＨ2およびＮ2を用いる。
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１において、ＴＭＧはトリメチルガリウム（ＣＨ3）3Ｇａ、ＴＭＡはトリメチルアルミニウム（ＣＨ3）3Ａｌ、ＴＭＩはトリメチルインジウム（ＣＨ3）3Ｉｎである。また、ＤＥＺはジエチルジンク（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ、Ｃｐ2Ｍｇはビス（シクロペンタジエニル）マグネシウムＭｇ（Ｃ5Ｈ5）2である。
【００４０】
次に、図２に示すように、サファイヤ基板１を裏面から厚さ１００〜２００μｍ程度に研磨した後、フォトリソグラフによるパターニングによって、キャップ層７からｎ−ＧａＮ層３に達する複数の凹溝８を形成する（メサ作製工程）。エッチング法としてＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）を用い、反応ガスとしてＣＦ4およびＯ2を用いる。エッチング時の圧力は１０〜３０Ｐａであり、エッチング深さはｎ−ＧａＮ層３の上部からその膜厚の１／３〜１／２までとする。
【００４１】
続いて、図３に示すように、凹溝８の底面に、チップ分離および電極形成用の溝９をダイシングにより形成する。溝９の深さは、サファイヤ基板１の裏面から溝９の底面までの厚さが２０〜５０μｍ程度残るようにする。さらに、ダイシングによるダメージ層をエッチングにより除去する。エッチング液としては、２００〜２５０°Ｃの熱燐酸を用い、エッチング量は１０〜３０μｍとする。
【００４２】
その後、図４に示すように、フォトリソグラフによるパターニングによって、キャップ層７の上面にｐ側電極１０を形成し、溝９の内面および縁部上にｎ側電極１１を形成する。ｐ側電極１０はＮｉまたはＡｕの蒸着等により厚さ８０００〜１２０００Åに形成する。また、ｎ側電極１１はＡｌまたはＴｉの蒸着またはスパッタ等により厚さ５０００〜８０００Åに形成する。
【００４３】
最後に、図５に示すように、サファイヤ基板１を溝９でブレーキングにより分割（機械的に分割）し、各発光ダイオードチップ１２を形成する。このようにして、図６に示す第１の参考例の発光ダイオードが製造される。
【００４４】
図６（ａ）に示すように、サファイヤ（α−Ａｌ2Ｏ3）基板１上に、ＧａＮ、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮからなるバッファ層２、ｎ−ＧａＮ層３、ＡｌＧａＮからなるｎ−クラッド層４、ＧａＮまたはＩｎＧａＮからなる発光層５、ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層６およびＧａＮからなるキャップ層７が順に形成されている。キャップ層７の上面にｐ側電極１０が形成され、サファイヤ基板１、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の側面にｎ側電極１１が形成されている。
【００４５】
図６（ｂ）において、サファイヤ基板１の下面の幅Ｗ１、ｎ側電極１１の外側の幅Ｗ２、およびサファイヤ基板１の上面、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の幅Ｗ３は、例えばそれぞれ３５０μｍ、３００μｍおよび２５０μｍである。ｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７の幅Ｗ４は例えば２００μｍであり、ｐ側電極１０の直径Ｗ５は例えば１２０μｍである。
【００４６】
このように、本参考例の発光ダイオードにおいては、キャップ層７の上面にｐ側電極１０が設けられ、かつサファイヤ基板１、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の側面にｎ側電極１１が設けられているので、サファイヤ基板１の面積に対する発光層５の面積の割合が大きい。したがって、発光面積が大きく、輝度が高くなる。また、ｎ側電極１１を形成することによる製造工程数の増加が少ないので、製造コストも低減される。
【００４７】
なお、ｎ側電極１１は、図６（ｂ）に示すように、サファイヤ基板１、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の４つの側面に設けてもよく、図７に示すように、サファイヤ基板１、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の対向する２つの側面に設けてもよい。
【００４８】
図８〜図１６は本発明の第２の参考例によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を示す工程断面図である。以下、図８〜図１６を参照しながら第２の参考例の発光ダイオードの製造方法を説明する。なお、各層の材料および膜厚は第１の参考例と同様である。
【００４９】
まず、図８に示すように、サファイヤ基板１にチップ分離および電極形成用の溝１３をダイシングにより形成した後、ダイシングによるダメージ層をエッチングにより除去する。次に、図９に示すように、フォトリソグラフによるパターニングによって溝１３の内面に選択成長用のＳｉＯ2マスク１４を形成する。形成方法としてはＣＶＤ法（化学的気相成長法）を用い、ＳｉＯ2マスク１４の膜厚は２０００〜５０００Åとする。続いて、図１０に示すように、サファイヤ基板１上にＭＯＣＶＤ法によりバッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３を選択成長させる。
【００５０】
次に、図１１に示すように、フォトリソグラフによるパターニングによって溝１３の内部および縁部上に選択成長用のＳｉＯ2マスク１５を形成する。そして、図１２に示すように、ｎ−ＧａＮ層３上にＭＯＣＶＤ法によりｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７を順次選択成長させ、ダブルヘテロ構造を形成する。その後、図１３に示すように、ＳｉＯ2マスク１４，１５を除去する。
【００５１】
続いて、図１４に示すように、フォトリソグラフによるパターニングによって、キャップ層７の上面にｐ側電極１０を形成し、溝１３の内面および縁部上にｎ側電極１１を形成する。その後、図１５に示すように、サファイヤ基板１を裏面から厚さ１００〜２００μｍ程度に研磨することによって、サファイヤ基板１を溝１３で分離する。それにより、図１６に示すように、発光ダイオードチップ１６が形成される。
【００５２】
このようにして製造された第２の参考例の発光ダイオードにおいても、第１の参考例と同様に、キャップ層７の上面にｐ側電極１０が設けられ、かつサファイヤ基板１、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の側面にｎ側電極１１が設けられているので、サファイヤ基板１の面積に対する発光層５の面積の割合が大きく、輝度が高くなる。また、ｎ側電極１１を形成するために複数の層を精度良くエッチングする必要がないので、製造工程が複雑化せず、歩留りおよび信頼性が向上し、製造コストも低減される。
【００５３】
なお、第２の参考例において、サファイア基板１上に一部の層、例えばバッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３を形成した後に、チップ分離および電極形成用の溝１３を形成し、その後、図１１および図１２に示すように、ｎ−ＧａＮ層３上にｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７を形成してもよい。この場合にも、ｎ側電極１１を形成するために複数の層を精度良くエッチングする必要がないので、製造工程が複雑化せず、歩留りおよび信頼性が向上し、製造コストも低減される。
【００５４】
次に、第１の参考例の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの組み立て工程を図１７を参照しながら説明する。なお、第２の参考例の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの組み立て工程も第１の参考例の場合と同様である。
【００５５】
図１７に示すように、発光ダイオードチップ１２を負極端子４１上に設置し、チップ１２の側面に設けられたｎ側電極１１と負極端子４１とをハンダ５６で接続する。さらに、発光ダイオードチップ１２の上面に設けられたｐ側電極１０と正極端子４２とをＡｕワイヤ５５で接続する。さらに、発光ダイオードチップ１２、負極端子４１および正極端子４２を樹脂レンズ４５で封入する。
【００５６】
このように、第１の参考例の発光ダイオードにおいては、ｐ側電極１０が発光ダイオードチップ１２の上面に設けられ、ｎ側電極１１が発光ダイオードチップ１２の側面に設けられているので、ＬＥＤランプの組み立て時にワイヤボンディングの工程が１回で済む。
【００５７】
そのため、組み立ての工数が少なくなり、組み立て時間および組み立てコストが低減される。また、ワイヤボンディング時に発光ダイオードチップ１２に加えられる圧力が小さくなるので、ＬＥＤランプの歩留りおよび信頼性が向上する。さらに、導電性基板を有する発光ダイオードとＬＥＤランプの組み立て工程を共通化することができるので、既存の設備を使用することができる。なお、第２の参考例の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの組み立て工程においても同様の効果が得られる。
【００５８】
図１８〜図２４は本発明の第１の実施例によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を示す工程図であり、図１８、図１９、図２２および図２３は斜視図であり、図２０、図２１および図２４は断面図である。以下、図１８〜図２４を参照しながら第１の実施例の発光ダイオードの製造方法を説明する。なお、各層の材料および膜厚は第１の参考例と同様である。
【００５９】
まず、図１８に示すように、厚さ３００〜５００μｍのサファイヤ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、バッファ層２、ｎ−ＧａＮ層３、ｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７を連続成長させ、ダブルヘテロ構造を形成する。各層の成膜条件は第１の参考例における図１の工程と同様である。
【００６０】
次に、図１９に示すように、サファイヤ基板１を裏面から厚さ１００〜２００μｍ程度に研磨した後、フォトリソグラフによるパターニングによって、キャップ層７からｎ−ＧａＮ層３に達する複数の凹溝８を形成する（メサ作製工程）。凹溝８の幅は例えば５０μｍである。エッチング方法およびエッチング条件は第１の参考例における図２の工程と同様である。
【００６１】
続いて、図２０に示すように、キャップ層７上および凹溝８の内面にＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ2、ＳｉＮX等からなるパッシベーション膜（保護膜）１７を形成する。パッシベーション膜１７の膜厚は２０００Å以上であり、例えば５０００Åである。
【００６２】
その後、図２１に示すように、フォトリソグラフによるパターニングによって、キャップ層７上のパッシベーション膜１７を除去した後、キャップ層７の上面にｐ側電極１０を形成する。ｐ側電極１０はＮｉまたはＡｕの蒸着等により厚さ８０００〜１２０００Åに形成する。
【００６３】
さらに、図２２に示すように、凹溝８に沿ってダイシングまたはスクライブによりサファイヤ基板１を分割し、棒状の発光ダイオードバー１８を形成する。さらに、図２３に示すように、発光ダイオードバー１８の側面にＡｌまたはＴｉのスパッタ、蒸着等により厚さ５０００〜８０００Åのｎ側電極１９を形成する。
【００６４】
最後に、図２４に示すように、発光ダイオードバー１８を側面に垂直な面に沿ってダイシングまたはスクライブにより分割し、各発光ダイオードチップ２０を形成する。
【００６５】
このようにして製造された第１の実施例の発光ダイオードにおいても、第１の参考例と同様に、キャップ層７の上面にｐ側電極１０が設けられ、かつサファイヤ基板１、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の側面にｎ側電極１９が設けられているので、サファイヤ基板１の面積に対する発光層５の面積の割合が大きく、輝度が高くなる。
【００６６】
また、ｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７の側面にパッシベーション膜１７が形成されているので、ｎ側電極１９がこれらの層４，５，６，７に接触することが確実に防止される。したがって、ｎ側電極１９からｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７への電流のリークが生じず、信頼性が高い。
【００６７】
さらに、ｎ側電極１９を形成するためにサファイヤ基板１にダイシングにより所定の深さの溝を形成する必要がないので、作製が容易であり、かつサファイヤ基板１の割れの問題が生じない。したがって、歩留りおよび信頼性が向上し、製造コストも低減される。
【００６８】
なお、第１の実施例の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの組み立て工程も、図１７を用いて説明した第１の参考例の場合と同様であり、第１の参考例と同様の効果が得られる。
【００６９】
図２５〜図２８は本発明の第２の実施例によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を示す工程図であり、図２５〜図２７は断面図であり、図２８は正面図である。また、図２９（ａ），（ｂ）は第２の実施例の発光ダイオードのそれぞれ平面図および正面図である。
【００７０】
まず、図２５〜図２８を参照しながら第２の実施例の発光ダイオードの製造方法を説明する。
図２５に示すように、図１の工程と同様にして、厚さ３００〜５００μｍのサファイヤ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、バッファ層２、ｎ−ＧａＮ層３、ｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７を連続成長させ、ダブルヘテロ構造を形成した後、図２の工程と同様にして、サファイヤ基板１を裏面から厚さ１００〜２００μｍ程度に研磨し、さらにフォトリソグラフによるパターニングによってキャップ層７からｎ−ＧａＮ層３に達する複数の凹溝８を形成する（メサ作製工程）。なお、各層の材料および膜厚ならびに凹溝８のエッチング方法およびエッチング条件は第１の参考例と同様である。
【００７１】
その後、ダブルヘテロ構造の中央部下方におけるサファイヤ基板１の裏面に、ダイシング等により深さ約８０μｍの溝２１を形成する。
続いて、図２６に示すように、サファイヤ基板１の裏面にＡｌのスパッタ等により厚さ５０００〜８０００Åのｎ側電極２２を形成する。また、凹溝８の底面に、チップ分離および電極形成用の溝９をダイシング等により形成する。溝９の深さは約１５０μｍとする。
【００７２】
その後、図２７に示すように、フォトリソグラフによるパターニングによって、キャップ層７の上面にｐ側電極１０を形成し、溝９の内面および縁部上にｎ側電極１１を形成する。ｐ側電極１０はＡｕの蒸着等により厚さ８０００〜１２０００Åに形成する。また、ｎ側電極１１はＡｌのスパッタ等により厚さ５０００〜８０００Åに形成する。
【００７３】
最後に、図２８に示すように、サファイヤ基板１を溝９に沿ってブレーキングにより分割し、発光ダイオードチップ２３を形成する。このようにして、図２９に示す第２の実施例の発光ダイオードが製造される。
【００７４】
図２９に示すように、キャップ層７の上面にｐ側電極１０が形成され、サファイヤ基板１、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の側面にｎ側電極１１が形成され、さらにサファイヤ基板１の裏面および溝２１の内面にｎ側電極２２が形成されている。ｎ側電極１１とｎ側電極２２とは、溝２１の両端部において電気的に接続されている。
【００７５】
図３０は第２の実施例の発光ダイオードをＬＥＤランプの負極端子に装着した状態を示す正面図である。なお、第２の実施例の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの組み立て工程は第１の参考例の場合と同様である。図３０に示すように、発光ダイオードチップ２３の裏面が負極端子４１上にハンダ５６で接着されている。
【００７６】
第２の実施例の発光ダイオードにおいても、第１の参考例と同様に、サファイヤ基板１の面積に対する発光層５の面積の割合が大きく、輝度が高くなる。また、発光ダイオードチップ２３の側面のｎ側電極１１が裏面のｎ側電極２２と電気的に接続されているので、図３０に示すように、ハンダ５６が側面のｎ側電極１１に十分に接触しない場合でも、裏面のｎ側電極２２を通してｎ側電極１１と負極端子４１との電気的接続が確実に行われる。したがって、ＬＥＤランプの歩留りおよび信頼性が向上する。
【００７７】
さらに、第２の実施例の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの組み立て工程においても、第１の参考例の場合と同様に、組み立て工数が少なくなり、組み立て時間および組み立てコストが低減される。また、ワイヤボンディング時に発光ダイオードチップ２３に加えられる圧力が小さくなるので、ＬＥＤランプの歩留りおよび信頼性が向上する。さらに、導電性基板を有する発光ダイオードとＬＥＤランプの組み立て工程を共通化することができるので、既存の設備を使用することができる。
【００７８】
なお、第２の実施例では、図２５の工程において凹溝８の形成後にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成しているが、ダブルヘテロ構造の形成前に最初にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成してもよく、あるいは、図２７の工程においてｐ側電極１０およびｎ側電極９の形成後にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成してもよい。
【００７９】
また、第２の実施例を第２の参考例の製造方法に適用することもできる。この場合、図８の工程で最初にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成してもよく、あるいは、図１４の工程においてｐ側電極１０およびｎ側電極１１の形成後にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成してもよい。
【００８０】
さらに、第２の実施例を第１の実施例の製造方法に適用することもできる。この場合、図１８の工程において最初にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成してもよく、図１９の工程において凹溝８の形成後にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成してもよく、あるいは、図２１の工程においてｐ側電極１０の形成後にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成してもよい。
【００８１】
このように、サファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成する工程はいずれの段階で行ってもよい。
上記第１および第２の実施例では、ｎ側電極１１をサファイア基板１の側面からｎ−ＧａＮ層３の側面に渡って設けているが、ｎ側電極１１をサファイア基板１の側面からｎ−クラッド層４の側面に渡って設けてもよい。
【００８２】
特に、本発明では、絶縁性基板と活性層等の発光領域との間の所定の層の側面から該絶縁性基板の側面に渡って第２の電極が形成されるのが好ましい。
上記参考例および上記実施例では、図２の工程、図１９の工程および図２５の工程においてサファイア基板１の裏面を研磨しているが、サファイア基板１の厚さが１００〜２００μｍ程度である場合には、研磨しなくてもよい。
【００８３】
上記実施例では、本発明をｐｎ接合型ダブルヘテロ構造のＧａＮ系またはＩｎＧａＮ系発光ダイオードに適用した場合を説明したが、本発明は、シングルヘテロ構造の発光ダイオード、量子井戸構造の発光ダイオードにも適用でき、また上述のｐｎ接合以外のｐｉｎ接合等の発光ダイオードにも適用可能である。勿論、ＧａＮ系またはＩｎＧａＮ系以外の材料系の発光ダイオードにも適用でき、さらには半導体レーザ素子にも適用可能であり、絶縁性基板を用いた他の種類の半導体発光素子にも同様にして適用することができる。
【００８４】
半導体発光素子が六方体等の多角体である場合には、ｎ側電極１１，１９を少なくとも１つの側面に設ければよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように第１〜第７の発明によれば、最上層の上面に第１の電極が形成され、かつ絶縁性基板および絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面に第２の電極が形成されているので、絶縁性基板の面積に対する発光面積の割合が大きくなり、かつ製造工程が複雑化しない。したがって、輝度が高く、かつ歩留りおよび信頼性が向上された半導体発光素子が安価に得られる。
【００８６】
また、ランプの組み立て時にワイヤボンディング工程が１回で済むので、組み立て時間および組み立てコストが低減されるとともに、ランプの歩留りおよび信頼性が向上する。さらに、導電性基板を有する半導体発光素子とランプの組み立て工程を共通化することができるので、既存の設備を使用することができる。
【００８７】
特に、第３の発明によれば、複数の層の側面のうち最上層側から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の上端または一部分に渡って形成された絶縁膜によって第２の電極が絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層に接触することが確実に防止される。したがって、第２の電極から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層への電流のリークが生じず、信頼性が向上する。
【００８８】
また、第１および第２の発明によれば、側面に設けられた第２の電極が裏面に設けられた第３の電極を通してランプの端子に電気的に接続されるので、第２の電極とランプの端子との接続不良が回避され、ランプの歩留りおよび信頼性が向上する。
【００８９】
さらに、第１および第２の発明によれば、絶縁性基板の裏面に設けられた溝の内面にも第３の電極が形成されているので、第２の電極と第３の電極との電気的接続が確実に行われる。
【００９０】
特に、第４および第５の発明の製造工程において絶縁性基板上に複数の層を形成した後に、複数の層および絶縁性基板に第２の電極形成用の複数の溝を設ける場合には、製造工程数の増加が少なくなり、製造コストが低減される。また、絶縁性基板上に複数の層を形成する前に絶縁性基板に第２の電極形成用の複数の溝を形成する場合または一部の層が形成された絶縁性基板に第２の電極形成用の複数の溝を形成する場合には、複数の層を精度良くエッチングする必要がないので、製造工程が複雑化せず、歩留りおよび信頼性が向上し、製造コストも低減される。
【００９１】
また、第６の発明によれば、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡る領域を除いて複数の層の側面に絶縁膜を形成することによって、第２の電極が絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層に接触することが確実に防止されるので、第２の電極から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層への電流のリークが生じない。また、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡る領域に第２の電極を形成するために絶縁性基板に所定の深さの溝を設ける必要がないので、製造が容易であり、かつ絶縁性基板の割れが生じない。したがって、歩留りおよび信頼性が向上し、製造コストも低減される。
【００９２】
また、第７の発明によれば、絶縁性基板の裏面に複数の溝を形成し、絶縁性基板の裏面および複数の溝の内面に第３の電極を形成することにより、側面に設けられた第２の電極が裏面に設けられた第３の電極を通してランプの端子に電気的に接続される。したがって、第２の電極とランプの端子との接続不良が回避され、ランプの歩留りおよび信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第１の工程断面図である。
【図２】本発明の第１の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第２の工程断面図である。
【図３】本発明の第１の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第３の工程断面図である。
【図４】本発明の第１の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第４の工程断面図である。
【図５】本発明の第１の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第５の工程断面図である。
【図６】本発明の第１の参考例による発光ダイオードの断面図および平面図である。
【図７】本発明の第１の参考例による発光ダイオードのｎ側電極の他の例を示す平面図である。
【図８】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第１の工程断面図である。
【図９】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第２の工程断面図である。
【図１０】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第３の工程断面図である。
【図１１】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第４の工程断面図である。
【図１２】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第５の工程断面図である。
【図１３】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第６の工程断面図である。
【図１４】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第７の工程断面図である。
【図１５】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第８の工程断面図である。
【図１６】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第９の工程断面図である。
【図１７】本発明の第１の参考例による発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの構造を示す図である。
【図１８】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第１の工程斜視図である。
【図１９】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第２の工程斜視図である。
【図２０】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第３の工程断面図である。
【図２１】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第４の工程断面図である。
【図２２】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第５の工程斜視図である。
【図２３】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第６の工程断面図である。
【図２４】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第７の工程断面図である。
【図２５】本発明の第２の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第１の工程断面図である。
【図２６】本発明の第２の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第２の工程断面図である。
【図２７】本発明の第２の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第３の工程断面図である。
【図２８】本発明の第２の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第４の工程正面図である。
【図２９】本発明の第２の実施例による発光ダイオードの平面図および正面図である。
【図３０】本発明の第２の実施例による発光ダイオードをＬＥＤアンプの負極に装着した状態を示す図である。
【図３１】絶縁性基板を用いた従来の発光ダイオードの一例を示す断面図である。
【図３２】図３１の従来の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの構造を示す図である。
【図３３】導電性基板を有する従来の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの構造を示す図である。
【図３４】絶縁性基板を用いた従来の発光ダイオードの他の例を示す工程断面図である。
【図３５】図３４の従来の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの構造を示す図である。
【符号の説明】
１ サファイヤ基板
２ バッファ層
３ ｎ−ＧａＮ層
４ ｎ−クラッド層
５ 発光層
６ ｐ−クラッド層
７ キャップ層
１０ ｐ側電極
１１，１９，２２ ｎ側電極
１７ パッシベーション膜
２１ 溝
【発明の属する技術分野】
本発明は絶縁性基板を用いた半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直接遷移型のバンド構造を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）は、青色あるいは紫色の光を発する発光ダイオード、半導体レーザ装置等の半導体発光素子の材料として有望である。しかしながら、ＧａＮからなる基板が存在しないため、ＧａＮ系半導体発光素子を作製する際には、サファイヤ（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁性基板上に各層をエピタキシャル成長させている。
【０００３】
図３１は従来のＧａＮ系発光ダイオードの構造を示す断面図である。図３１の発光ダイオードは日経マイクロデバイス１９９４年２月号の第９２頁〜第９３頁に開示されている。
【０００４】
図３１において、サファイヤ（Ａｌ2Ｏ3）基板３１上に、ＧａＮバッファ層３２、ｎ−ＧａＮ層３３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４、ＩｎＧａＮ発光層３５、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３６およびｐ−ＧａＮ層３７が順に形成されている。ｎ−ＧａＮ層３３の上部領域およびｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４からｐ−ＧａＮ層３７までの幅は、サファイヤ基板３１からｎ−ＧａＮ層３３の下部領域までの幅よりも狭く形成されている。ｐ−ＧａＮ層３７の上面にｐ側電極３８が形成され、ｎ−ＧａＮ層３３の上面にｎ側電極３９が形成されている。このような発光ダイオードの構造はラテラル構造と呼ばれている。
【０００５】
図３１の発光ダイオードは、ＩｎＧａＮ発光層３５をｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３６で挟んだダブルヘテロ構造のｐｎ接合を有し、青色の光を効率よく発生することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３１の従来の発光ダイオードでは、ｎ−ＧａＮ層３３上にｎ側電極３９を設けるために、ｎ−ＧａＮ層３３よりも上の層の面積をサファイヤ基板３１の面積に比べて小さくする必要がある。それにより、ＩｎＧａＮ発光層３５の面積が小さくなるので、発光面積が小さく、輝度が低くなる。また、ｐ−ＧａＮ層３７からｎ−ＧａＮ層３３の上部領域までを精度良くエッチングする工程が必要となり、かつｎ側電極３９が形成されるｎ−ＧａＮ層３３の膜厚を均一にすることが難しいので、製造工程が複雑となり、歩留りが低くなる。
【０００７】
さらに、図３１の発光ダイオードを用いたＬＥＤ（発光ダイオード）ランプの組み立て時に、以下に示すような問題が生じる。
図３２に図３１の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの構造を示す。図３２のＬＥＤランプの組み立て時には、図３１の発光ダイオードチップ３０のサファイヤ基板３１裏面を負極端子４１に接着し、ｐ側電極３８をＡｕワイヤ４３で正極端子４２に接続するとともに、ｎ側電極３９をＡｕワイヤ４４で負極端子４１に接続する。さらに、発光ダイオードチップ３０、負極端子４１および正極端子４２を樹脂レンズ４５で封入する。
【０００８】
一方、従来より、ＧａＰ系発光ダイオード、ＧａＡｌＡｓ発光ダイオード等の導電性基板を有する発光ダイオードがＬＥＤランプに用いられている。図３３に導電性基板を有する発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの構造を示す。
【０００９】
図３３のＬＥＤランプの組み立て時には、発光ダイオードチップ５０の導電性基板５１裏面に設けられたｎ側電極５２をハンダ５３で負極端子４１に接着するとともに、チップ５０の上面に設けられたｐ側電極５４をＡｕワイヤ５５で正極端子４２に接続する。さらに、発光ダイオードチップ５０、負極端子４１および正極端子４２を樹脂レンズ４５で封入する。
【００１０】
上記のように、図３３に示すＬＥＤランプの組み立てでは、ワイヤボンディングの工程が１回であるのに対して、図３２に示すＬＥＤランプの組み立て工程においてはワイヤボンディングの工程が２回必要となる。
【００１１】
このため、図３２に示すＬＥＤランプの組み立て時には、ワイヤボンディングの工数の増加により組み立て時間および組み立てコストが増加するという問題が生じる。また、図３２のＬＥＤランプを組み立て時には、ボンディング回数が２回となることにより、ワイヤボンディングによりチップに加えられる圧力が、図３３に示すＬＥＤランプの組み立て時に比べて２倍となり、ＬＥＤランプの信頼性が低下し、さらには歩留りが低下する。さらに、導電性基板を有する発光ダイオードとＬＥＤランプの組み立て工程を共通化することができず、図３３のＬＥＤランプの組み立てで使用していた既存の設備を用いることができない。
【００１２】
一方、発光面積を大きくするために図３４に示すＧａＮ系発光ダイオードが提案されている。図３４（ａ）に示すように、サファイヤ基板６１上にＡｌＮバッファ層６２およびｎ-−ＧａＮ層６３を順に形成し、ｎ-−ＧａＮ層上の所定の位置にＳｉＯ2マスク６４を形成する。次に、図３４（ｂ）に示すように、ｎ-−ＧａＮ層６３上に、アクセプタとなるＭｇをドープしたｎ−ＧａＮ層６５および発光センタとなるＺｎを含むｉ−ＧａＮ発光層６６を成長させた後、ＳｉＯ2マスク６４を除去する。それにより、孔６７が形成される。その後、図３４（ｃ）に示すように、ＧａＮ発光層６６の上面に正電極６８を形成し、孔６７内に負電極６９を形成する。
【００１３】
図３５に図３４の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの構造を示す。図３５のＬＥＤランプの組み立て時には、正極端子４２および負極端子４１にハンダ７０，７１を用いて発光ダイオードチップ６０の電極６８，６９をそれぞれ接着する。さらに、発光ダイオードチップ６０、正極端子４２および負極端子４１を樹脂レンズ４５で封入する。
【００１４】
このように、図３４の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの組み立て時には、発光ダイオードチップ６０の上面を下にして電極６８，６９をそれぞれ正極端子４２および負極端子４１上に位置決めし、ハンダ７０，７１で接着する工程が必要になる。このような電極６８，６９の位置決めおよびハンダ７０，７１での接着の工程は容易ではなく、組み立てコストが上昇するとともに、ＬＥＤランプの信頼性および歩留りが低下する。また、図３３に示した従来の組み立て工程で用いていた既存の設備を使用することができない。
【００１５】
それゆえに、本発明の目的は、発光面積が大きく、かつランプの組み立て工程を導電性基板を有する半導体発光素子と共通化することができる絶縁性基板を用いた半導体発光素子を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、発光面積が大きく、歩留りおよび信頼性が高く、かつランプの組み立て工程を導電性基板を有する半導体発光素子と共通化することができる絶縁性基板を用いた半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、発光面幅が大きく、製造工程数の増加が少なく、かつランプの組み立て工程を導電性基板を有する半導体発光素子と共通化することができる絶縁性基板を用いた半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る半導体発光素子は、絶縁性基板上にｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層を順に成長させたダブルヘテロ構造を含む複数の層が積層されてなる半導体発光素子において、複数の層のうち最上層の上面に第１の電極を形成するとともに、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡って第２の電極を形成し、絶縁性基板の裏面に溝を形成するとともに、絶縁性基板の裏面および溝の内面に第２の電極と電気的に接続された第３の電極を形成したものである。
【００１９】
なお、最上層は第１導電型であり、所定の層は第１導電型と逆の第２導電型である。
第２の発明に係る半導体発光素子は、絶縁性基板上にｎ型クラッド層、少なくともガリウムおよび窒素からなる発光層、ｐ型クラッド層を順に成長させたダブルヘテロ構造を含む複数の層を積層してなる半導体発光素子において、複数の層のうち最上層の上面に第１の電極を形成するとともに、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡って第２の電極を形成し、絶縁性基板の裏面に溝を形成するとともに、絶縁性基板の裏面および溝の内面に第２の電極と電気的に接続された第３の電極を形成したものである。
【００２０】
第３の発明に係る半導体発光素子は、絶縁性基板上に複数の層が積層されてなる半導体発光素子において、複数の層のうち最上層の上面に形成された第１の電極と、複数の層の側面のうち最上層側から所定の層の上端または一部分に渡る領域に連なって形成された絶縁膜と、複数の層の側面のうち所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡って形成された第２の電極とを備えたものである。
【００２１】
なお、第２の電極は、絶縁膜上から所定の層の側面および絶縁性基板の側面に渡って形成されてもよい。
【００２２】
第４の発明に係る半導体発光素子の製造方法は、絶縁性基板上にｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層を順に成長させたダブルヘテロ構造を含む複数の層が積層されてなる半導体発光素子の製造方法において、絶縁性基板上に複数の層を形成した後、複数の層および絶縁性基板に複数の溝を形成し、複数の層のうち最上層の上面に第１の電極を形成するとともに、複数の溝内の絶縁性基板の側面から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面に渡って第２の電極を形成し、絶縁性基板を複数の溝に沿って複数のチップに分割するものである。
【００２３】
第５の発明に係る半導体発光素子の製造方法は、絶縁性基板上にｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層を順に成長させたダブルヘテロ構造を含む複数の層が積層されてなる半導体発光素子の製造方法において、絶縁性基板に複数の溝を形成した後または複数の層のうち一部の層が形成された絶縁性基板に複数の溝を形成した後、絶縁性基板上の複数の溝を除く領域に複数の層を形成しまたは複数の層のうち残りの層を形成し、複数の層のうち最上層の上面に第１の電極を形成するとともに、複数の溝内の絶縁性基板の側面から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面に渡って第２の電極を形成し、絶縁性基板を複数の溝に沿って複数のチップに分割するものである。
【００２４】
第６の発明に係る半導体発光素子の製造方法は、絶縁性基板上に複数の層が積層されてなる半導体発光素子の製造方法において、絶縁性基板上に複数の層を形成した後、複数の層のうち最上層から所定の層に至る深さを有する複数の溝を形成し、複数の溝の内面に絶縁膜を形成するとともに、最上層の上面に第１の電極を形成し、絶縁性基板を複数の溝に沿って複数の棒状部分に分割し、各棒状部分の少なくとも一方の側面に第２の電極を形成し、各棒状部分を複数のチップに分割するものである。
【００２５】
第７の発明に係る半導体発光素子の製造方法は、第４、第５または第６の発明に係る半導体発光素子の製造方法において、絶縁性基板上に複数の層を形成する前または絶縁性基板上に複数の層を形成した後に、絶縁性基板の裏面に複数の溝を形成し、絶縁性基板の裏面および複数の溝の内面に第３の電極を形成するものである。
【００２６】
第１〜第３の発明に係る半導体発光素子においては、最上層の上面に第１の電極が形成され、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面に第２の電極が形成されているので、発光面積を大きくすることができ、輝度を向上させることができる。
【００２７】
また、ランプの組み立ての際には、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層および絶縁性基板の側面に設けられた第２の電極をランプの一方の端子に導電性材料で接着するとともに、最上層の上面に設けられた第１の電極をランプの他方の端子にワイヤボンディングにより接続することができる。
【００２８】
このように、ワイヤボンディング工程が１回しか必要ないので、組み立て時間および組み立てコストが低減されるとともに、ランプの歩留りおよび信頼性が向上する。また、導電性基板を有する半導体発光素子とランプの組み立て工程を共通化することができるので、既存の設備を使用することができる。
【００２９】
特に、第３の発明に係る半導体発光素子においては、複数の層の側面のうち最上層側から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の上端または一部分に渡る領域に連なって絶縁膜が形成されているので、第２の電極が絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層に接触することが確実に防止される。したがって、第２の電極から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層へ電流のリークが生じない。
【００３０】
また、第１および第２の発明に係る半導体発光素子においては、絶縁性基板の裏面に第２の電極と電気的に接続された第３の電極が形成されているので、絶縁性基板の裏面を導電性材料でランプの端子に接着した際に、側面に設けられた第２の電極が裏面に設けられた第３の電極を通してランプの端子に電気的に接続される。したがって、第２の電極とランプの端子との接続不良が回避され、ランプの歩留りおよび信頼性が向上する。
【００３１】
また、第１および第２の発明に係る半導体発光素子においては、絶縁性基板の裏面に設けられた溝の内面にも第３の電極が形成されているので、第２の電極と第３の電極との電気的接続が確実に行われる。
【００３２】
第４および第５の発明に係る半導体発光素子の製造方法においては、絶縁性基板上に複数の層を形成する前あるいは絶縁性基板上に複数の層を形成した後に、複数の層および絶縁性基板に複数の溝を形成し、最上層の上面に第１の電極を形成するとともに複数の溝内の絶縁性基板の側面から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面に渡って第２の電極を形成する。絶縁性基板上に複数の層を形成した後に複数の層および絶縁性基板に複数の溝を設ける場合には、製造工程数の増加が少なくなり、製造コストが低減される。一方、絶縁性基板上に複数の層を形成する前に絶縁性基板に複数の溝を設ける場合または一部の層が形成された絶縁性基板に複数の溝を設ける場合には、複数の層を精度良くエッチングする必要がないので、製造工程が複雑化せず、歩留りおよび信頼性が向上し、製造コストも低減される。
【００３３】
第６の発明に係る半導体発光素子の製造方法においては、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡る領域を除いて複数の層の側面に絶縁膜を形成することによって、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡る領域に第２の電極を形成した際に、第２の電極が絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層に接触することが確実に防止される。したがって、第２の電極から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層への電流のリークが生じない。また、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡る領域に第２の電極を形成するために絶縁性基板に所定の深さの溝を設ける必要がないので、製造が容易であり、かつ絶縁性基板の割れが生じない。したがって、歩留りおよび信頼性が向上し、製造コストも低減される。
【００３４】
第７の発明に係る半導体発光素子の製造方法においては、絶縁性基板の裏面に複数の溝を形成し、絶縁性基板の裏面および複数の溝の内面に第３の電極を形成することにより、絶縁性基板の裏面を導電性材料でランプの端子に接着した際に、側面に設けられた第２の電極が裏面に設けられた第３の電極を通してランプの端子に電気的に接続される。したがって、第２の電極とランプの端子との接続不良が回避され、ランプの歩留りおよび信頼性が向上する。
【００３５】
上記の第１〜第７の発明に係る半導体発光素子が六方体等の多角体である場合には、第２の電極は少なくとも１つの側面に形成する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は本発明の第１の参考例によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を示す工程断面図である。また、図６（ａ），（ｂ）は第１の参考例の発光ダイオードのそれぞれ断面図および平面図である。
【００３７】
まず、図１〜図５を参照しながら第１の参考例の発光ダイオードの製造方法を説明する。図１に示すように、厚さ３００〜５００μｍのサファイヤ（α−Ａｌ2Ｏ3）基板１の例えば（０００１）面上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）により、バッファ層２、ｎ−ＧａＮ層３、ｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７を連続成長させ、ダブルヘテロ構造を形成する。各層の成膜条件を表１に示す。成長時の圧力は大気圧とし、キャリアガスとしてＨ2およびＮ2を用いる。
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１において、ＴＭＧはトリメチルガリウム（ＣＨ3）3Ｇａ、ＴＭＡはトリメチルアルミニウム（ＣＨ3）3Ａｌ、ＴＭＩはトリメチルインジウム（ＣＨ3）3Ｉｎである。また、ＤＥＺはジエチルジンク（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ、Ｃｐ2Ｍｇはビス（シクロペンタジエニル）マグネシウムＭｇ（Ｃ5Ｈ5）2である。
【００４０】
次に、図２に示すように、サファイヤ基板１を裏面から厚さ１００〜２００μｍ程度に研磨した後、フォトリソグラフによるパターニングによって、キャップ層７からｎ−ＧａＮ層３に達する複数の凹溝８を形成する（メサ作製工程）。エッチング法としてＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）を用い、反応ガスとしてＣＦ4およびＯ2を用いる。エッチング時の圧力は１０〜３０Ｐａであり、エッチング深さはｎ−ＧａＮ層３の上部からその膜厚の１／３〜１／２までとする。
【００４１】
続いて、図３に示すように、凹溝８の底面に、チップ分離および電極形成用の溝９をダイシングにより形成する。溝９の深さは、サファイヤ基板１の裏面から溝９の底面までの厚さが２０〜５０μｍ程度残るようにする。さらに、ダイシングによるダメージ層をエッチングにより除去する。エッチング液としては、２００〜２５０°Ｃの熱燐酸を用い、エッチング量は１０〜３０μｍとする。
【００４２】
その後、図４に示すように、フォトリソグラフによるパターニングによって、キャップ層７の上面にｐ側電極１０を形成し、溝９の内面および縁部上にｎ側電極１１を形成する。ｐ側電極１０はＮｉまたはＡｕの蒸着等により厚さ８０００〜１２０００Åに形成する。また、ｎ側電極１１はＡｌまたはＴｉの蒸着またはスパッタ等により厚さ５０００〜８０００Åに形成する。
【００４３】
最後に、図５に示すように、サファイヤ基板１を溝９でブレーキングにより分割（機械的に分割）し、各発光ダイオードチップ１２を形成する。このようにして、図６に示す第１の参考例の発光ダイオードが製造される。
【００４４】
図６（ａ）に示すように、サファイヤ（α−Ａｌ2Ｏ3）基板１上に、ＧａＮ、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮからなるバッファ層２、ｎ−ＧａＮ層３、ＡｌＧａＮからなるｎ−クラッド層４、ＧａＮまたはＩｎＧａＮからなる発光層５、ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層６およびＧａＮからなるキャップ層７が順に形成されている。キャップ層７の上面にｐ側電極１０が形成され、サファイヤ基板１、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の側面にｎ側電極１１が形成されている。
【００４５】
図６（ｂ）において、サファイヤ基板１の下面の幅Ｗ１、ｎ側電極１１の外側の幅Ｗ２、およびサファイヤ基板１の上面、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の幅Ｗ３は、例えばそれぞれ３５０μｍ、３００μｍおよび２５０μｍである。ｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７の幅Ｗ４は例えば２００μｍであり、ｐ側電極１０の直径Ｗ５は例えば１２０μｍである。
【００４６】
このように、本参考例の発光ダイオードにおいては、キャップ層７の上面にｐ側電極１０が設けられ、かつサファイヤ基板１、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の側面にｎ側電極１１が設けられているので、サファイヤ基板１の面積に対する発光層５の面積の割合が大きい。したがって、発光面積が大きく、輝度が高くなる。また、ｎ側電極１１を形成することによる製造工程数の増加が少ないので、製造コストも低減される。
【００４７】
なお、ｎ側電極１１は、図６（ｂ）に示すように、サファイヤ基板１、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の４つの側面に設けてもよく、図７に示すように、サファイヤ基板１、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の対向する２つの側面に設けてもよい。
【００４８】
図８〜図１６は本発明の第２の参考例によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を示す工程断面図である。以下、図８〜図１６を参照しながら第２の参考例の発光ダイオードの製造方法を説明する。なお、各層の材料および膜厚は第１の参考例と同様である。
【００４９】
まず、図８に示すように、サファイヤ基板１にチップ分離および電極形成用の溝１３をダイシングにより形成した後、ダイシングによるダメージ層をエッチングにより除去する。次に、図９に示すように、フォトリソグラフによるパターニングによって溝１３の内面に選択成長用のＳｉＯ2マスク１４を形成する。形成方法としてはＣＶＤ法（化学的気相成長法）を用い、ＳｉＯ2マスク１４の膜厚は２０００〜５０００Åとする。続いて、図１０に示すように、サファイヤ基板１上にＭＯＣＶＤ法によりバッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３を選択成長させる。
【００５０】
次に、図１１に示すように、フォトリソグラフによるパターニングによって溝１３の内部および縁部上に選択成長用のＳｉＯ2マスク１５を形成する。そして、図１２に示すように、ｎ−ＧａＮ層３上にＭＯＣＶＤ法によりｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７を順次選択成長させ、ダブルヘテロ構造を形成する。その後、図１３に示すように、ＳｉＯ2マスク１４，１５を除去する。
【００５１】
続いて、図１４に示すように、フォトリソグラフによるパターニングによって、キャップ層７の上面にｐ側電極１０を形成し、溝１３の内面および縁部上にｎ側電極１１を形成する。その後、図１５に示すように、サファイヤ基板１を裏面から厚さ１００〜２００μｍ程度に研磨することによって、サファイヤ基板１を溝１３で分離する。それにより、図１６に示すように、発光ダイオードチップ１６が形成される。
【００５２】
このようにして製造された第２の参考例の発光ダイオードにおいても、第１の参考例と同様に、キャップ層７の上面にｐ側電極１０が設けられ、かつサファイヤ基板１、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の側面にｎ側電極１１が設けられているので、サファイヤ基板１の面積に対する発光層５の面積の割合が大きく、輝度が高くなる。また、ｎ側電極１１を形成するために複数の層を精度良くエッチングする必要がないので、製造工程が複雑化せず、歩留りおよび信頼性が向上し、製造コストも低減される。
【００５３】
なお、第２の参考例において、サファイア基板１上に一部の層、例えばバッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３を形成した後に、チップ分離および電極形成用の溝１３を形成し、その後、図１１および図１２に示すように、ｎ−ＧａＮ層３上にｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７を形成してもよい。この場合にも、ｎ側電極１１を形成するために複数の層を精度良くエッチングする必要がないので、製造工程が複雑化せず、歩留りおよび信頼性が向上し、製造コストも低減される。
【００５４】
次に、第１の参考例の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの組み立て工程を図１７を参照しながら説明する。なお、第２の参考例の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの組み立て工程も第１の参考例の場合と同様である。
【００５５】
図１７に示すように、発光ダイオードチップ１２を負極端子４１上に設置し、チップ１２の側面に設けられたｎ側電極１１と負極端子４１とをハンダ５６で接続する。さらに、発光ダイオードチップ１２の上面に設けられたｐ側電極１０と正極端子４２とをＡｕワイヤ５５で接続する。さらに、発光ダイオードチップ１２、負極端子４１および正極端子４２を樹脂レンズ４５で封入する。
【００５６】
このように、第１の参考例の発光ダイオードにおいては、ｐ側電極１０が発光ダイオードチップ１２の上面に設けられ、ｎ側電極１１が発光ダイオードチップ１２の側面に設けられているので、ＬＥＤランプの組み立て時にワイヤボンディングの工程が１回で済む。
【００５７】
そのため、組み立ての工数が少なくなり、組み立て時間および組み立てコストが低減される。また、ワイヤボンディング時に発光ダイオードチップ１２に加えられる圧力が小さくなるので、ＬＥＤランプの歩留りおよび信頼性が向上する。さらに、導電性基板を有する発光ダイオードとＬＥＤランプの組み立て工程を共通化することができるので、既存の設備を使用することができる。なお、第２の参考例の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの組み立て工程においても同様の効果が得られる。
【００５８】
図１８〜図２４は本発明の第１の実施例によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を示す工程図であり、図１８、図１９、図２２および図２３は斜視図であり、図２０、図２１および図２４は断面図である。以下、図１８〜図２４を参照しながら第１の実施例の発光ダイオードの製造方法を説明する。なお、各層の材料および膜厚は第１の参考例と同様である。
【００５９】
まず、図１８に示すように、厚さ３００〜５００μｍのサファイヤ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、バッファ層２、ｎ−ＧａＮ層３、ｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７を連続成長させ、ダブルヘテロ構造を形成する。各層の成膜条件は第１の参考例における図１の工程と同様である。
【００６０】
次に、図１９に示すように、サファイヤ基板１を裏面から厚さ１００〜２００μｍ程度に研磨した後、フォトリソグラフによるパターニングによって、キャップ層７からｎ−ＧａＮ層３に達する複数の凹溝８を形成する（メサ作製工程）。凹溝８の幅は例えば５０μｍである。エッチング方法およびエッチング条件は第１の参考例における図２の工程と同様である。
【００６１】
続いて、図２０に示すように、キャップ層７上および凹溝８の内面にＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ2、ＳｉＮX等からなるパッシベーション膜（保護膜）１７を形成する。パッシベーション膜１７の膜厚は２０００Å以上であり、例えば５０００Åである。
【００６２】
その後、図２１に示すように、フォトリソグラフによるパターニングによって、キャップ層７上のパッシベーション膜１７を除去した後、キャップ層７の上面にｐ側電極１０を形成する。ｐ側電極１０はＮｉまたはＡｕの蒸着等により厚さ８０００〜１２０００Åに形成する。
【００６３】
さらに、図２２に示すように、凹溝８に沿ってダイシングまたはスクライブによりサファイヤ基板１を分割し、棒状の発光ダイオードバー１８を形成する。さらに、図２３に示すように、発光ダイオードバー１８の側面にＡｌまたはＴｉのスパッタ、蒸着等により厚さ５０００〜８０００Åのｎ側電極１９を形成する。
【００６４】
最後に、図２４に示すように、発光ダイオードバー１８を側面に垂直な面に沿ってダイシングまたはスクライブにより分割し、各発光ダイオードチップ２０を形成する。
【００６５】
このようにして製造された第１の実施例の発光ダイオードにおいても、第１の参考例と同様に、キャップ層７の上面にｐ側電極１０が設けられ、かつサファイヤ基板１、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の側面にｎ側電極１９が設けられているので、サファイヤ基板１の面積に対する発光層５の面積の割合が大きく、輝度が高くなる。
【００６６】
また、ｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７の側面にパッシベーション膜１７が形成されているので、ｎ側電極１９がこれらの層４，５，６，７に接触することが確実に防止される。したがって、ｎ側電極１９からｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７への電流のリークが生じず、信頼性が高い。
【００６７】
さらに、ｎ側電極１９を形成するためにサファイヤ基板１にダイシングにより所定の深さの溝を形成する必要がないので、作製が容易であり、かつサファイヤ基板１の割れの問題が生じない。したがって、歩留りおよび信頼性が向上し、製造コストも低減される。
【００６８】
なお、第１の実施例の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの組み立て工程も、図１７を用いて説明した第１の参考例の場合と同様であり、第１の参考例と同様の効果が得られる。
【００６９】
図２５〜図２８は本発明の第２の実施例によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を示す工程図であり、図２５〜図２７は断面図であり、図２８は正面図である。また、図２９（ａ），（ｂ）は第２の実施例の発光ダイオードのそれぞれ平面図および正面図である。
【００７０】
まず、図２５〜図２８を参照しながら第２の実施例の発光ダイオードの製造方法を説明する。
図２５に示すように、図１の工程と同様にして、厚さ３００〜５００μｍのサファイヤ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、バッファ層２、ｎ−ＧａＮ層３、ｎ−クラッド層４、発光層５、ｐ−クラッド層６およびキャップ層７を連続成長させ、ダブルヘテロ構造を形成した後、図２の工程と同様にして、サファイヤ基板１を裏面から厚さ１００〜２００μｍ程度に研磨し、さらにフォトリソグラフによるパターニングによってキャップ層７からｎ−ＧａＮ層３に達する複数の凹溝８を形成する（メサ作製工程）。なお、各層の材料および膜厚ならびに凹溝８のエッチング方法およびエッチング条件は第１の参考例と同様である。
【００７１】
その後、ダブルヘテロ構造の中央部下方におけるサファイヤ基板１の裏面に、ダイシング等により深さ約８０μｍの溝２１を形成する。
続いて、図２６に示すように、サファイヤ基板１の裏面にＡｌのスパッタ等により厚さ５０００〜８０００Åのｎ側電極２２を形成する。また、凹溝８の底面に、チップ分離および電極形成用の溝９をダイシング等により形成する。溝９の深さは約１５０μｍとする。
【００７２】
その後、図２７に示すように、フォトリソグラフによるパターニングによって、キャップ層７の上面にｐ側電極１０を形成し、溝９の内面および縁部上にｎ側電極１１を形成する。ｐ側電極１０はＡｕの蒸着等により厚さ８０００〜１２０００Åに形成する。また、ｎ側電極１１はＡｌのスパッタ等により厚さ５０００〜８０００Åに形成する。
【００７３】
最後に、図２８に示すように、サファイヤ基板１を溝９に沿ってブレーキングにより分割し、発光ダイオードチップ２３を形成する。このようにして、図２９に示す第２の実施例の発光ダイオードが製造される。
【００７４】
図２９に示すように、キャップ層７の上面にｐ側電極１０が形成され、サファイヤ基板１、バッファ層２およびｎ−ＧａＮ層３の側面にｎ側電極１１が形成され、さらにサファイヤ基板１の裏面および溝２１の内面にｎ側電極２２が形成されている。ｎ側電極１１とｎ側電極２２とは、溝２１の両端部において電気的に接続されている。
【００７５】
図３０は第２の実施例の発光ダイオードをＬＥＤランプの負極端子に装着した状態を示す正面図である。なお、第２の実施例の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの組み立て工程は第１の参考例の場合と同様である。図３０に示すように、発光ダイオードチップ２３の裏面が負極端子４１上にハンダ５６で接着されている。
【００７６】
第２の実施例の発光ダイオードにおいても、第１の参考例と同様に、サファイヤ基板１の面積に対する発光層５の面積の割合が大きく、輝度が高くなる。また、発光ダイオードチップ２３の側面のｎ側電極１１が裏面のｎ側電極２２と電気的に接続されているので、図３０に示すように、ハンダ５６が側面のｎ側電極１１に十分に接触しない場合でも、裏面のｎ側電極２２を通してｎ側電極１１と負極端子４１との電気的接続が確実に行われる。したがって、ＬＥＤランプの歩留りおよび信頼性が向上する。
【００７７】
さらに、第２の実施例の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの組み立て工程においても、第１の参考例の場合と同様に、組み立て工数が少なくなり、組み立て時間および組み立てコストが低減される。また、ワイヤボンディング時に発光ダイオードチップ２３に加えられる圧力が小さくなるので、ＬＥＤランプの歩留りおよび信頼性が向上する。さらに、導電性基板を有する発光ダイオードとＬＥＤランプの組み立て工程を共通化することができるので、既存の設備を使用することができる。
【００７８】
なお、第２の実施例では、図２５の工程において凹溝８の形成後にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成しているが、ダブルヘテロ構造の形成前に最初にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成してもよく、あるいは、図２７の工程においてｐ側電極１０およびｎ側電極９の形成後にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成してもよい。
【００７９】
また、第２の実施例を第２の参考例の製造方法に適用することもできる。この場合、図８の工程で最初にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成してもよく、あるいは、図１４の工程においてｐ側電極１０およびｎ側電極１１の形成後にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成してもよい。
【００８０】
さらに、第２の実施例を第１の実施例の製造方法に適用することもできる。この場合、図１８の工程において最初にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成してもよく、図１９の工程において凹溝８の形成後にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成してもよく、あるいは、図２１の工程においてｐ側電極１０の形成後にサファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成してもよい。
【００８１】
このように、サファイヤ基板１の裏面に溝２１およびｎ側電極２２を形成する工程はいずれの段階で行ってもよい。
上記第１および第２の実施例では、ｎ側電極１１をサファイア基板１の側面からｎ−ＧａＮ層３の側面に渡って設けているが、ｎ側電極１１をサファイア基板１の側面からｎ−クラッド層４の側面に渡って設けてもよい。
【００８２】
特に、本発明では、絶縁性基板と活性層等の発光領域との間の所定の層の側面から該絶縁性基板の側面に渡って第２の電極が形成されるのが好ましい。
上記参考例および上記実施例では、図２の工程、図１９の工程および図２５の工程においてサファイア基板１の裏面を研磨しているが、サファイア基板１の厚さが１００〜２００μｍ程度である場合には、研磨しなくてもよい。
【００８３】
上記実施例では、本発明をｐｎ接合型ダブルヘテロ構造のＧａＮ系またはＩｎＧａＮ系発光ダイオードに適用した場合を説明したが、本発明は、シングルヘテロ構造の発光ダイオード、量子井戸構造の発光ダイオードにも適用でき、また上述のｐｎ接合以外のｐｉｎ接合等の発光ダイオードにも適用可能である。勿論、ＧａＮ系またはＩｎＧａＮ系以外の材料系の発光ダイオードにも適用でき、さらには半導体レーザ素子にも適用可能であり、絶縁性基板を用いた他の種類の半導体発光素子にも同様にして適用することができる。
【００８４】
半導体発光素子が六方体等の多角体である場合には、ｎ側電極１１，１９を少なくとも１つの側面に設ければよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように第１〜第７の発明によれば、最上層の上面に第１の電極が形成され、かつ絶縁性基板および絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面に第２の電極が形成されているので、絶縁性基板の面積に対する発光面積の割合が大きくなり、かつ製造工程が複雑化しない。したがって、輝度が高く、かつ歩留りおよび信頼性が向上された半導体発光素子が安価に得られる。
【００８６】
また、ランプの組み立て時にワイヤボンディング工程が１回で済むので、組み立て時間および組み立てコストが低減されるとともに、ランプの歩留りおよび信頼性が向上する。さらに、導電性基板を有する半導体発光素子とランプの組み立て工程を共通化することができるので、既存の設備を使用することができる。
【００８７】
特に、第３の発明によれば、複数の層の側面のうち最上層側から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の上端または一部分に渡って形成された絶縁膜によって第２の電極が絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層に接触することが確実に防止される。したがって、第２の電極から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層への電流のリークが生じず、信頼性が向上する。
【００８８】
また、第１および第２の発明によれば、側面に設けられた第２の電極が裏面に設けられた第３の電極を通してランプの端子に電気的に接続されるので、第２の電極とランプの端子との接続不良が回避され、ランプの歩留りおよび信頼性が向上する。
【００８９】
さらに、第１および第２の発明によれば、絶縁性基板の裏面に設けられた溝の内面にも第３の電極が形成されているので、第２の電極と第３の電極との電気的接続が確実に行われる。
【００９０】
特に、第４および第５の発明の製造工程において絶縁性基板上に複数の層を形成した後に、複数の層および絶縁性基板に第２の電極形成用の複数の溝を設ける場合には、製造工程数の増加が少なくなり、製造コストが低減される。また、絶縁性基板上に複数の層を形成する前に絶縁性基板に第２の電極形成用の複数の溝を形成する場合または一部の層が形成された絶縁性基板に第２の電極形成用の複数の溝を形成する場合には、複数の層を精度良くエッチングする必要がないので、製造工程が複雑化せず、歩留りおよび信頼性が向上し、製造コストも低減される。
【００９１】
また、第６の発明によれば、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡る領域を除いて複数の層の側面に絶縁膜を形成することによって、第２の電極が絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層に接触することが確実に防止されるので、第２の電極から絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層よりも上の層への電流のリークが生じない。また、絶縁性基板とｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から絶縁性基板の側面に渡る領域に第２の電極を形成するために絶縁性基板に所定の深さの溝を設ける必要がないので、製造が容易であり、かつ絶縁性基板の割れが生じない。したがって、歩留りおよび信頼性が向上し、製造コストも低減される。
【００９２】
また、第７の発明によれば、絶縁性基板の裏面に複数の溝を形成し、絶縁性基板の裏面および複数の溝の内面に第３の電極を形成することにより、側面に設けられた第２の電極が裏面に設けられた第３の電極を通してランプの端子に電気的に接続される。したがって、第２の電極とランプの端子との接続不良が回避され、ランプの歩留りおよび信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第１の工程断面図である。
【図２】本発明の第１の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第２の工程断面図である。
【図３】本発明の第１の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第３の工程断面図である。
【図４】本発明の第１の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第４の工程断面図である。
【図５】本発明の第１の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第５の工程断面図である。
【図６】本発明の第１の参考例による発光ダイオードの断面図および平面図である。
【図７】本発明の第１の参考例による発光ダイオードのｎ側電極の他の例を示す平面図である。
【図８】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第１の工程断面図である。
【図９】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第２の工程断面図である。
【図１０】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第３の工程断面図である。
【図１１】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第４の工程断面図である。
【図１２】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第５の工程断面図である。
【図１３】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第６の工程断面図である。
【図１４】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第７の工程断面図である。
【図１５】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第８の工程断面図である。
【図１６】本発明の第２の参考例による発光ダイオードの製造方法を示す第９の工程断面図である。
【図１７】本発明の第１の参考例による発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの構造を示す図である。
【図１８】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第１の工程斜視図である。
【図１９】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第２の工程斜視図である。
【図２０】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第３の工程断面図である。
【図２１】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第４の工程断面図である。
【図２２】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第５の工程斜視図である。
【図２３】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第６の工程断面図である。
【図２４】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第７の工程断面図である。
【図２５】本発明の第２の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第１の工程断面図である。
【図２６】本発明の第２の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第２の工程断面図である。
【図２７】本発明の第２の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第３の工程断面図である。
【図２８】本発明の第２の実施例による発光ダイオードの製造方法を示す第４の工程正面図である。
【図２９】本発明の第２の実施例による発光ダイオードの平面図および正面図である。
【図３０】本発明の第２の実施例による発光ダイオードをＬＥＤアンプの負極に装着した状態を示す図である。
【図３１】絶縁性基板を用いた従来の発光ダイオードの一例を示す断面図である。
【図３２】図３１の従来の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの構造を示す図である。
【図３３】導電性基板を有する従来の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの構造を示す図である。
【図３４】絶縁性基板を用いた従来の発光ダイオードの他の例を示す工程断面図である。
【図３５】図３４の従来の発光ダイオードを用いたＬＥＤランプの構造を示す図である。
【符号の説明】
１ サファイヤ基板
２ バッファ層
３ ｎ−ＧａＮ層
４ ｎ−クラッド層
５ 発光層
６ ｐ−クラッド層
７ キャップ層
１０ ｐ側電極
１１，１９，２２ ｎ側電極
１７ パッシベーション膜
２１ 溝
Claims (7)
- 絶縁性基板上にｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層を順に成長させたダブルヘテロ構造を含む複数の層が積層されてなる半導体発光素子において、前記複数の層のうち最上層の上面に第１の電極を形成するとともに、前記絶縁性基板と前記ｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から前記絶縁性基板の側面に渡って第２の電極を形成し、前記絶縁性基板の裏面に溝を形成するとともに、前記絶縁性基板の裏面および前記溝の内面に前記第２の電極と電気的に接続された第３の電極を形成したことを特徴とする半導体発光素子。
- 絶縁性基板上にｎ型クラッド層、少なくともガリウムおよび窒素からなる発光層、ｐ型クラッド層を順に成長させたダブルヘテロ構造を含む複数の層が積層されてなる半導体発光素子において、前記複数の層のうち最上層の上面に第１の電極を形成するとともに、前記絶縁性基板と前記ｎ型クラッド層との間の所定の層の側面から前記絶縁性基板の側面に渡って第２の電極を形成し、前記絶縁性基板の裏面に溝を形成するとともに、前記絶縁性基板の裏面および前記溝の内面に前記第２の電極と電気的に接続された第３の電極を形成したことを特徴とする半導体発光素子。
- 絶縁性基板上に複数の層が積層されてなる半導体発光素子において、前記複数の層のうち最上層の上面に形成された第１の電極と、前記複数の層の側面のうち前記最上層側から所定の層の上端または一部分に渡る領域に連なって形成された絶縁膜と、前記複数の層の前記側面のうち前記所定の層の側面から前記絶縁性基板の側面に渡って形成された第２の電極とを備えたことを特徴とする半導体発光素子。
- 絶縁性基板上にｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層を順に成長させたダブルヘテロ構造を含む複数の層が積層されてなる半導体発光素子の製造方法において、前記絶縁性基板上に前記複数の層を形成した後、前記複数の層および前記絶縁性基板に複数の溝を形成し、前記複数の層のうち最上層の上面に第１の電極を形成するとともに、前記複数の溝内の前記絶縁性基板の側面から前記絶縁性基板と前記ｎ型クラッド層との間の所定の層の側面に渡って第２の電極を形成し、前記絶縁性基板を前記複数の溝に沿って複数のチップに分割することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
- 絶縁性基板上にｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層を順に成長させたダブルヘテロ構造を含む複数の層が積層されてなる半導体発光素子の製造方法において、前記絶縁性基板に複数の溝を形成した後または前記複数の層のうち一部の層が形成された前記絶縁性基板に複数の溝を形成した後、前記絶縁性基板上の前記複数の溝を除く領域に前記複数の層を形成しまたは前記複数の層のうち残りの層を形成し、前記複数の層のうち最上層の上面に第１の電極を形成するとともに、前記複数の溝内の前記絶縁性基板の側面から前記絶縁性基板と前記ｎ型クラッド層との間の所定の層の側面に渡って第２の電極を形成し、前記絶縁性基板を前記複数の溝に沿って複数のチップに分割することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
- 絶縁性基板上に複数の層が積層されてなる半導体発光素子の製造方法において、前記絶縁性基板上に前記複数の層を形成した後、前記複数の層のうち最上層から所定の層に至る深さを有する複数の溝を形成し、前記複数の溝の内面に絶縁膜を形成するとともに、前記最上層の上面に第１の電極を形成し、前記絶縁性基板を前記複数の溝に沿って複数の棒状部分に分割し、前記各棒状部分の少なくとも一方の側面に第２の電極を形成し、前記各棒状部分を複数のチップに分割することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
- 前記絶縁性基板上に前記複数の層を形成する前または前記絶縁性基板上に前記複数の層を形成した後に、前記絶縁性基板の裏面に複数の溝を形成し、前記絶縁性基板の裏面および前記複数の溝の内面に第３の電極を形成することを特徴とする請求項４、５または６記載の半導体発光素子の製造方法。
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